محیط زیست و توسعه فرابخشی
مجله علمی

سنتز نانو جاذب مغناطیسی نیکل فریت به عنوان یک جاذب قابل بازیافت در حذف آلاینده آلی از محیط آبی

نوع مقاله : مقاله علمی - پژوهشی

نویسندگان

زهرا ایازی 1
سیده بهاره عظیمی 2
زهرا منصف خوشحساب 3
معصومه عسگری 3

1 گروه شیمی، دانشکده علوم پایه تبریز، دانشگاه شهید مدنی آذربایجان، تبریز، ایران

2 گروه ارزیابی و مخاطرات محیط‌زیست، پژوهشکده محیط‌زیست و توسعه پایدار، سازمان حفاظت محیط‌زیست، تهران، ایران

3 دانشگاه پیام نور، گروه شیمی، قزوین، ایران

10.22034/envj.2025.523096.1502
چکیده
مقدمه: امروزه با توجه به کمبود آب و جایگاه ویژه آب در زندگی روزمره انسان‌ها، معضل آلودگی منابع آبی یک مشکل زیست محیطی بسیار مهم می‌باشد. آلودگی‌ها معمولاً ناشی از ورود آلاینده‌های مختلف به منابع آبی به‌خصوص رودخانه‌ها بوده که یک خطر جدی برای سلامت انسان و سایر موجودات زنده و خصوصاً آبزیان به شمار می‌رود. آلاینده‌های آلی به دلیل کاربرد زیادی که در صنایع مختلف دارند و همچنین به دلیل حلالیت بالای برخی از آن‌ها در آب، جزء آلاینده‌های معمول آب بوده که عمدتاً سمی نیز می‌باشند. برای حذف ترکیبات آلی از آب، روش‌های مختلفی مورد استفاده قرار می‌گیرد که هر یک مزایا و معایبی دارد. یکی از فنون کارآمد برای تصفیه پساب و حذف آلاینده‌ها، فرایند جذب سطحی است که به دلیل سهولت اجرا و هم چنین تنوع جاذب‌ها و هزینه نسبی پایین، به طور ویژه جهت کاربردهای مقیاس وسیع، مورد توجه قرار گرفته است. یکی از چالش‌های استفاده از فرآیند جذب سطحی جداسازی جاذب در انتهای فرآیند می‌باشد که امروزه استفاده از جاذب‌های مغناطیسی راه حلی برای این چالش است. در تحقیق حاضر جداسازی و حذف رنگینه کریستال بنفش از محیط‌های آبی با استفاده از نانو ذرات مغناطیسی نیکل فریت (NiFe2O4) به عنوان جاذب مورد بررسی قرار گرفته است.
مواد و روش: در این کار رنگ کریستال بنفش به عنوان یک آلاینده معمول رنگی استفاده شده و مواد شیمیایی، آمونیاک، نیترات نیکل، نیترات آهن برای سنتز نانو فریت نیکل استفاده شده است. به منظور مشخصه‌یابی نانوجاذب فریت نیکل از میکروسکوپ الکترونی عبوری، طیف سنج پراش اشعه ایکس، دستگاه تجزیه حرارتی و طیف سنجی مادون قرمز و برای اندازه‌گیری غلظت نمونه‌ها از روش اسپکتروفوتومتر UV-Vis استفاده شده است. در این تحقیق، تأثیر پارامترهای مختلف نظیرpH ، غلظت اولیه رنگ، مقدار وزن جاذب و زمان تماس جاذب با محلول کریستال بنفش بر میزان جذب رنگ آزمایش شده است. نانوجاذب مغناطیسی مربوطه به روش همرسوبی سنتز شده و به منظور استفاده در فرایند مقدار مشخصی از آن را به محلول اضافه کرده و بعد از اتمام فرایند، نمونه برداری شده و جاذب مورد استفاده به راحتی با استفاده از آهنربا از محیط آبی جداسازی می‌شود. 
نتایج: نتایج شناسایی جاذب نشان داد که جاذب سنتز شده ذرات نیکل فریت با خاصیت مغناطیسی بوده و ابعاد نانو ذرات سنتز شده بر اساس نتایج میکروسکوپ الکترونی عبوری و محاسبات دبای شرر حاصل از نتایج پراش اشعه ایکس، حدود 15 نانومتر می‌باشد. نتایج حاصل از این مطالعه نشان داد که برای غلظت اولیه رنگ به میزانmg/l  10 در 8pH= و مقدار جاذب 05/0 گرم در 50 میلی‌لیتر در زمان 90 دقیقه بازده حذف رنگ حدود 95 درصد به دست می‌آید. 
بحث: ابعاد ذرات سنتز شده در محدوده نانومتری بوده که خاصیت جذب بالایی را برای جاذب محیا می‌کند. با توجه به نتایج بدست آمده، درصد حذف رنگ کریستال بنفش توسط جاذب مغناطیسی نیکل فریت به pH آب حساس بوده و حذف رنگ در محیط قلیایی بهتر از اسیدی است. نیکل فریت، جاذب مناسبی است که می‌توان از آن برای حذف رنگ کریستال بنفش از آب‌های آلوده استفاده کرد. از مزایای این روش، مغناطیسی بودن جاذب نیکل فریت است چرا که مغناطیسی بودن باعث می‌شود به آسانی جاذب را از محیط آبی توسط آهنربا جداسازی کرد.

کلیدواژه‌ها

جذب سطحی
تصفیه پساب
حذف آلاینده آلی
نانو نیکل فریت
جاذب مغناطیسی

موضوعات

  1. AL-kadhi, N.S., AL-senani, G.M., Saad, F.A., Munshi, A.M. and Abdelrahman, E.A., 2024. Modification of nickel ferrite nanoparticles by sodium docusate surfactant for superior crystal violet dye removal from aqueous solutions. Scientific Reports, 14, 73-279.
  2. Azimi, S.B., 2024. Preparation of Biochar and its Use to Remove Nitrophenol from Aqueous Media by Adsorption Method. environment & Interdisciplinary Development, 9, 69-81.
  3. Bazrafshan, E., Mostafapour, F.K. and Mahvi, A.H., 2014. Decolorization of reactive red 198 by adsorption onto ZnCl2 activated pistachio hull wastes. International Journal of Environmental Health Engineering, 3, 7.
  4. Dehghani, M.H., Mesdaghinia, A.R., Nasseri, S., Mahvi, A.H. and Azam, K., 2008. Application of SCR technology for degradation of reactive yellow dye in aqueous solution. Water Quality Research Journal, 43, 183-187.
  5. Hao, L., Yan, J., LI, M., Shao, W. and Zeng, M., 2024. Coagulation-centered three-step approach for removing by-product organic pollutants from tetrabromobisphenol A industrial wastewater: experimental and theoretic investigations. Environmental Research, 247, 118113
  6. Hassan, A. A., Ali, M. E. M., Abdel-Latif, S. A., Hasani, I. W., & Fahim, Y. A., 2025. Efficient removal of Remazol Red dye from aqueous solution using magnetic nickel ferrite nanoparticles synthesized via aqueous reflux. Scientific Reports, 15(1), 17527. 
  7. Jacob, J. and Khadar, M.A., 2010. Investigation of mixed spinel structure of nanostructured nickel ferrite. Journal of applied physics, 107.
  8. Khakyzadeh, V., Rezaei-Vahidian, H., Sediqi, S., Azimi, S. and Karimi-Nami, R., 2021. Programming adsorptive removal of organic azo dye from aqueous media using magnetic carbon nano-composite. Chem. Methodol, 5, 324-330.
  9. Kumari, S., Sharma, R., Thakur, N., & Kumari, A., 2024. Removal of organic and inorganic effluents from wastewater by using degradation and adsorption properties of transition metal-doped nickel ferrite. Environmental Science and Pollution Research, 31(34), 46526-46545.
  10. Kusumlata Ambade, B., Kumar, A. and Gautam, S., 2024. Sustainable solutions: reviewing the future of textile dye contaminant removal with emerging biological treatments. Limnological Review, 24, 126-149.
  11. Maensiri, S., Masingboon, C., Boonchom, B. and Seraphin, S., 2007. A simple route to synthesize nickel ferrite (NiFe2O4) nanoparticles using egg white. Scripta materialia, 56, 797-800.
  12. Mahmoodi, N., 2013. Basic Dyes Removal from Aqueous Media by Nickel-Zinc Ferrite Magnetic Nanoparticles. Journal of Textile Science and Technology, 3, 29-36.
  13. Majid, F., Rauf, J., Ata, S., Bibi, I., Malik, A., Ibrahim, S.M., Ali, A. and Iqbal, M., 2021. Synthesis and characterization of NiFe2O4 ferrite: Sol–gel and hydrothermal synthesis routes effect on magnetic, structural and dielectric characteristics. Materials Chemistry and Physics, 258, 123888.
  14. Nabizadeh Chianeh, F., Basiri Parsa, J. and Rezaei Vahidian, H., 2017. Artificial neural network modeling for removal of azo dye from aqueous solutions by Ti anode coated with multiwall carbon nanotubes. Environmental Progress & Sustainable Energy, 36, 1778-1784.
  15. Özcan, A., Şahin, Y., Koparal, A.S. and Oturan, M.A., 2009. A comparative study on the efficiency of electro-Fenton process in the removal of propham from water. Applied Catalysis B: Environmental, 89, 620-626.
  16. Patil, D. J., & Behera, S. N., 2023. Synthesis and characterization of nanoparticles of cobalt and nickel ferrites for elimination of hazardous organic dyes from industrial wastewater. Environmental Science and Pollution Research, 30(18), 53323-53338.
  17. Perumal, M.K.K., Gandhi, D., Renuka, R.R., Lakshminarayanan, A., Thiyagarajulu, N. and Kamaraj, C., 2024. Advanced nano-based adsorbents for purification of pharmaceutical residue polluted water: A critical review. Process Safety and Environmental Protection.
  18. Rahmani, A., Almasi, H., Bajalan, S., Rezaei Vahidian, H., Zarei, A. and Shabanloo, A., 2017. Optimization of ciprofloxacin antibiotic sonochemical degradation with persulfate activated by nano zero-valent iron by central composite design method. Journal of Health, 8, 231-245.
  19. Satyam, S. and Patra, S., 2024. Innovations and challenges in adsorption-based wastewater remediation: a comprehensive review. Heliyon.
  20. Shen, Z., Kuang, Y., Zhou, S., Zheng, J. and Ouyang, G., 2023. Preparation of magnetic adsorbent and its adsorption removal of pollutants: an overview. TrAC Trends in Analytical Chemistry, 167, 117241.
  21. Sivakumar, P., Ramesh, R., Ramanand, A., Ponnusamy, S. and Muthamizhchelvan, C., 2013. Synthesis and characterization of NiFe2O4 nanoparticles and nanorods. Journal of Alloys and Compounds, 563, 6-11.
  22. Sobhanardakani, S. and Zandipak, R., 2016. Removal of methyl orange dye from aqueous solutions using NiFe2O4 nanoparticles: equilibrium and kinetic studies. Iranian Journal of Health and Environment, 9, 247-258.
  23. Tharamrajah, N., Shahbaz, K. and Baroutian, S., 2024. Anaerobic Digestion for Textile Waste Treatment and Valorization. ChemBioEng Reviews, 11, e202400014.
  24. Wang, Y., Chen, L., Zhu, Y., Fang, W., Tan, Y., He, Z. and Liao, H., 2024. Research status, trends, and mechanisms of biochar adsorption for wastewater treatment: a scientometric review. Environmental Sciences Europe, 36, 25.
  25. Zarei, A., Hedayatinasab, F. and Rezaei‐Vahidian, H., 2020. Photocatalytic degradation of nitro‐aromatic explosives using visible‐light‐activated WO3: Optimization and catalyst modification. Environmental Progress & Sustainable Energy, 39, e13386.
  26. Zhou, L., Zhou, J., Dong, Y., Wu, Y., Xi, Z., Lu, Z., Lei, J., Zhang, J. and Liu, Y., 2024. Insight on photocatalytic synchronous oxidation and reduction for pollutant removal: Chemical energy conversion between macromolecular organic pollutants and heavy metal. Journal of Hazardous Materials, 477, 135236.
محیط زیست و توسعه فرابخشی
دوره 10، شماره 90
زمستان 1404
صفحه 81-93

صفحه اصلی

ارسال مقاله

تماس با ما